液力变矩器非线性特性的研究

　　液力变矩器通过其内部工作液体的动能变化来传递动力。它具有自动适应性、无级变速及减振隔振等其它传动元件无可替代的优良特性,广泛应用于各种运输车辆和重型工程机械动力传动系统中。其阻尼特性及等效刚度特性,对车辆传动系统的扭振特性和非稳态工况下的动态特性有很大的影响。通过理论分析和对液力变矩器的拟合分析,得出其等效阻尼系数以及等效刚度与速比和泵轮转速的非线性关系。

　　1 液力变矩器力学模型的建立

　　以最广泛应用于车辆上的三元件向心涡轮液力变矩器作为分析对象。研究中不考虑液力变矩器在偶合工况下工作时的导轮惯量。三元件向心涡轮液力变矩器主要构件是泵轮(B)、涡轮(T)和导轮(D),其工作原理简图和液力变矩器的稳定工况简化力学模型见图1。

　　图1中:K为变矩器泵轮和涡轮之间的等效扭转刚度;C为变矩器等效阻尼系数;JB为变矩器泵轮部分的转动惯量;JcT为归一化后变矩器涡轮部分的转动惯量;nB为变矩器泵轮转速;ncT为归一化后变矩器涡轮转速;MB为变矩器泵轮转矩;McT为归一化后变矩器涡轮转矩。

　　式中:JT--变矩器涡轮的实际转动惯量;

　　nT--变矩器涡轮的实际转速;

　　MT--变矩器涡轮的实际转矩;

　　iY--涡轮与泵轮的速比。

　　2 液力变矩器数学模型

　　因为液力变矩器的泵轮与涡轮力矩间存在如下关系[1]:

　　式中:MB,MT--分别为泵轮输入转矩、涡轮输出转矩;

--分别为泵轮、涡轮角速度;

　　B0,B1,B2和C0,C1,C2--待定系数,其值根据液力变矩器的原始特性数据,进行回归拟合得到。

　　由于液力变矩器工作过程中,能量交换过程非常复杂,要想得到精确的数学关系式是很困难的。对实际存在的阻尼,作某种简化和假设,虽不能完全精确地描述实际过程,但其求解的精度足以满足工程上的需要,试验结果也证实如此。为此,推导液力变矩器等效阻尼系数之前,作如下假设:

　　(1)变矩器的阻尼按粘性阻尼处理;

　　(2)液力变矩器的所有损失功率(如摩擦损失、叶形损失、回转损失和扩散损失等)都等效为粘性阻尼损失,且没有考虑变矩器的搅油损失。

　　3 液力变矩器等效阻尼系数的确定

　　根据上面的假定,可以认为液力变矩器损失功率等于液力变矩器阻尼力矩所做的功,液力变矩器阻尼力矩可表示为:

　　式中:C--液力变矩器等效粘性阻尼系数;

--泵轮的扭振角速度;